专利名称：一种自落浮动式钢水测温、测氧、测碳复合探头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及钢水测量领域，特别是涉及一种自落浮动式钢水测温、测氧、测碳复合 探头。
背景技术：
我国钢铁行业正在由一个钢铁大国朝钢铁强国迈进，钢铁行业由传统冶炼粗钢转向冶炼 精品钢的方向发展。精品钢种冶炼是我国钢铁发展的方向，因此，对冶炼精品钢种的在线检 测用复合探头的可靠性和准确性提出了更高的要求。目前市场上销售的转炉副枪测量用复合 探头体积较大，维护成本高。在探头与测枪连接时，结构设计抗冲击性较差，在恶劣的条件 下时常造成探头测量失败。影响生产正常进行和产品质量。 发明内容
本实用新型的目的是提供一种自落浮动式钢水测温、测氧、测碳复合探头，该探头体积 小，由机械手投放后可自行落下钢水中并浮动在钢水面上进行测量，信号采集性能好，测量 时间短。
本实用新型采用的技术方案是包括测温、测氧、测碳三个组件，它们均装在第一钢管 内，该钢管也为测氧正极，并且其管体头部装有纸帽，管体其余处外层装有防火纸管和金属 保护管； 一个锥形钢水进入孔依次穿过金属保护管、防火纸管与第一钢管中的钢水结晶碳室 连通； 一个浮室焊接在第二钢管上，该钢管头端与第一钢管尾端相连。
本实用新型与现有技术相比具有以下的主要优点
1. 温度信号和氧信号共一个负极，体积较小、信号采集设计得到优化。
2. 取消了钢保护帽，测氧时间较快。
3. 测量时间短，减少工人劳动强度，实现了安全环保和节能降耗。
4. 减少了钢帽等元件，降低了产品成本,节约了用户采购成品，实现社会综合经济效益。
5. 将测温、测氧和测碳组件一体化设计后，可保证探头测量的可靠性和测成率，同时可 确保测量精度。
6. 将测温、测碳、测氧采用石英管定位，并用树脂砂及高温填料封装的一体化设计，可 保证测量精度和提高测成率。
图1是本实用新型的结构示意图。
图中1.第一钢管；2.测温热电偶；3.第一石英管；4.塑料支架；5.测温补偿导线正极； 6.测温补偿导线负极；7.测碳补偿导线正极；8.第二石英管；9.锥形钢水进入孔；10.防火 纸管；ll.浮室；12.第二钢管；13.纸帽；14.氧化锆电池；15.第一高温填料；16.金属保 护管；17.测氧导线负极；18.测碳补偿导线负极；19.第二高温填料；20.塑料支座；21.测碳热电偶；22.钢水结晶碳室；23.信号引出电缆；24.保护钢套；25.六芯信号插痤。
具体实施方式
本实用新型提供的自落浮动式钢水测温、测氧、测碳复合探头，由安装在转炉烟罩上的 机械设备操作，从进料孔中自落下钢水中，并浮动在钢水上测量。其功能可在一支探头分别 实现测温、测氧和测碳。其结构如图1所示包括测温、测氧、测碳三个组件，它们均装在 第一钢管1内，该钢管也为测氧正极，并且其管体头部装有纸帽13，管体其余处外层装有防
火纸管10和金属保护管16; —个锥形钢水进入孔9依次穿过金属保护管16、防火纸管10与
第一钢管1中的钢水结晶碳室22连通； 一个填充木质或其它悬浮物的浮室11嵌入保护钢套
24内。保护钢套24焊接在第二钢管12上，该钢管头端与金属保护管16尾端相连。
所述的测温组件包括位于第一高温填料15中的塑料支架4，与塑料支架4相连的第一石 英管3，以及依次穿过塑料支架4的孔中固定的测温补偿导线正极5、测温补偿导线负极6， 这样能有效保护冷端温度，保证了测温的准确度。目前市场上销售的产品，装有冷端盒、生 产工艺复杂，且成本高。测温补偿导线正极5、测温补偿导线负极6的端头分别与测温热电 偶2的热电偶丝的两端头焊接，测温热电偶2可由树脂砂固化在第一石英管3内，并用高温 填料封装在第一钢管1的头部。所述的测温组件，其功能是测量钢水的温度，测温量程在1250 。C至175(TC。
所述的测氧组件包括氧化锆电池14、测氧钼丝负电极、测氧导线负极17和第一钢管1。 氧化锆电池14位于第一高温填料15中，其负电极引线焊接在测氧导线负极17的端头上，正 电极引线焊在第一钢管1的尾部。第一高温填料15可采用一次成型技术，使之一次填充于第 一钢管l的管内，这样可保证所述填料加温固化的温度均匀性，提高了其抗热震性。目前市 场上销售的产品，均没有一次采用成型技术，质量不能保证，成本高，不节能。
所述的测氧组件的工作原理表达式为Mo/Cr+Cr203〃Zr02(MgO或CaO) 〃a(0)Fe/Fe, 其依椐能斯特方程定律(氧浓差扩散与平衡方程)，在氧电池头部装有Cr基参比电极，当氧 电池头部进入钢水后，钢水中的氧与Cr基参比极产生氧扩散与平衡，此时产生的氧电动势， 传至仪表进行氧含量的计算及显示。该测氧组件能测出钢水氧含量50 1000ppm以上。
所述的测碳组件包括位于第二高温填料19中的塑料支座20，与塑料支座20相连的第二 石英管8，以及依次穿过塑料支座20的孔中固定的测碳补偿导线正极7、测碳补偿导线负极 18。测碳补偿导线正极7、测碳补偿导线负极18的端头分别与测碳热电偶21的热电偶丝的 两端头焊接，，测碳热电偶21可由树脂砂固化在第二石英管8内，并用高温填料封装。第二 石英管8位于钢水结晶碳室22中。
所述的测碳组件，其工作原理是测碳热电偶21依据铁碳平衡原理，当钢水通过锥形钢 水进入孔9进入钢水结晶碳室22后，在钢水冷却过程中产生结晶温度电动势，该电动热传送 至仪表后，即可进数字模式计算出钢水碳含量。
上述的测温热电偶2、第一石英管3、第二石英管8和测碳热电偶21中的热电偶丝和石 英管管体均经过了耐高温处理，这样确保了测温和测碳的准确度且重复性。目前市场上销售 的产品，均没有抗高温处理。所述的金属保护管16的外面涂敷有一层Al302耐高温层，Al203涂敷在外壳金属保护管
16表面后可提高本探头的抗热震性，使其外壳在170(TC时稳定不溃散，保证了该探头测温、 测氧和测碳时间在10秒以上。目前市场上销售的产品没有采取此项技术，其抗热震性不好，
影响产品的正常使用，甚至造成测量失败。Al203耐高温层外面还有封装热縮膜，这种设计可
保证本探头不受潮水或潮汽的影响，不需要专门的烘烤箱防潮，对于环境保护、节约能源， 非常有益。目前市场上销售的产品没有这种技术。各钢厂建立专门的烘烤车间，需建立庞大 的烘烤系统如锅炉、电加热系统，这对于环境保护带来影响，用电加热烘烤增加能源消耗和 产品成本。
本实用新型所使用的经过防火涂料的处理后的防火纸管IO，在测量使用中，不会发生喷 火情况，不会发生设备事故，并且保证了产品的测成率和精度。目前市场上销售的产品，没 有进行防火涂料的处理，时常发生喷火，影响人身安全，造成测量失败。
本实用新型氧正极钢水回路采取了与第一钢管1 一体化设计，纸帽13使用纸质。本复合 探头减少了一个钢保护帽，当探头进入钢水后，即能快速进入钢水，保证和提前了测量结束 时。目前市场上销售的产品，采用的是钢管和钢帽分装设计，在现场使用中时常出现钢帽脱 落，造成测量失败。
本实用新型主要功能部件的作用如下
第一钢管1 (氧正极)功能作用 一是起到树脂砂和部分器件的固化基体的作用，这些
器件包括塑料支架4、塑料支座20、测温补偿导线正极5、测温补偿导线负极6、测碳补偿导 线正极7、纸帽13、第一石英管3、测碳补偿导线负极18。 二是起到钢水氧回路正极的作用。
塑料支架4起支撑第一石英管3、氧化锆电池14的作用，塑料支座20起支撑第二石英 管8的作用。塑料支架4和塑料支座20的材质是聚乙烯。
六芯信号插座25功能作用可由塑料制得，其上插入了氧信号输出、测碳信号输出、温 度信号输出的测温补偿导线正极5、测碳补偿导线正极7和测温补偿导线负极6、测碳补偿导 线负极20，测枪插头插入六芯信号插座25后，将信号引出电缆23的信号传送至仪表。
测温偿导线正极5和测碳补偿导线正极7功能作用对热电偶冷端温度进行补偿，材质 是Cu(SPC)。
金属保护管16功能作用保护探头及测枪不被钢水烧坏，材质可使用钢质。
纸帽13功能作用当探头插入钢水时，钢水表面有渣，可防止第一钢管1粘渣而影响测
量。该保护纸帽可使用纸质。
氧化锆电池14的功能作用其包括锆管、Mo针、O粉(这些元素分别装在锆管中，用
水泥封口)。以氧化镁做部份稳定的氧化锆管，根据氧浓度电池原理，进行氧量采集。氧化锆
电池14的材质是Zr。2麵。
第一石英管3为圆柱形石英管功能作用可以保护测温热电偶不被烧坏。其材质为Si02， Si02含量大于99%。
测温组件的第一高温填料15和测碳组件的第二高温填料树19功能作用可以保护氧化锆电池14、圆柱形石英管中的热电偶丝与补偿导线的焊点不受高温影响，确保测量精度。
测温补偿导线负极6和测碳补偿导线负极18功能作用对热电偶冷端温度进行补偿，材
质CuNi (SNC)。
本实用新型工作过程如下 1.温度测量
当复合探头进入钢水后，纸帽13熔化。测温热电偶2接触钢水，依据热电偶测温原理， 热电偶热端与冷端产生热电动势，该电动势模拟量信号经过测温补偿导线正极5和测温补偿 导线负极6，再通过信号引出电缆23传输到计算机，经过AD转换后显示数字温值，以此指 导工人进行温探操作。
当复合探头进入钢水后，氧化锆电池14接触钢水，依据氧浓差电池测氧原理，产生氧电 动势信号。该信号经过第一钢管1和测氧导线负极17传输到计算机，经过AD转换后，显示 数字氧含量值，以指导炼钢工人进行氧含量测控操作。
3.碳含量测量(结晶定碳)
当复合探头进入钢水后，测碳热电偶21接触钢水，测碳热电偶21依据铁碳平衡原理， 当钢水通过锥形钢水进入孔9进入钢水结晶碳室22后，在钢水冷却过程中产生结晶温度电动 势，该电动热传送至仪表后，即可进数字模式计算出钢水碳含量。
本实用新型整体的工作过程采用机械操作，主要用于测量钢水温度、氧含量和碳含量。 当启动操作探头后，仪表显示绿色的指示灯，证明探头与测枪连接正常，可以测试。当探头 自落到钢水后，探头头部纸帽13熔化，第一钢管1、氧化锆电池14、测温热电偶2接触钢水。 此时，氧化锆电池14、测温热电偶2在钢水熔池进行数据釆集。氧化锆电池14依据氧浓差 电池的测氧原理进行数据采集并将毫伏信号传至仪表。仪表软件模型进行AD转换后显示氧电 势值。测温热电偶依据热电偶测量原理，将模拟量信号传至仪表进行AD转换后，显示温度数 字量值。在氧电势值和温度值取得成功的基础上，仪表自动计算出钢水氧含量PPm值。测碳 热电偶21依据铁碳平衡原理，当钢水通过锥形钢水进入孔9进入钢水结晶碳室22后，在钢 水冷却过程中产生结晶温度电动势，该电动势传送至仪表后，即可进数字模式计算出钢水碳
操作工人依据本探头测试的参数进行炼钢工艺操作，保证钢水达到国际和国家标准值。
权利要求1.一种自落浮动式钢水测温、测氧、测碳复合探头，包括测温、测氧、测碳三个组件，其特征在于三个组件均装在第一钢管(1)内，该钢管也为测氧正极，并且其管体头部装有纸帽(13)，管体其余处外层装有防火纸管(10)和金属保护管(16)；一个锥形钢水进入孔(9)依次穿过金属保护管(16)、防火纸管(10)与第一钢管(1)中的钢水结晶碳室(22)连通；一个浮室(11)焊接在第二钢管(12)上，该钢管头端与第一钢管(1)尾端相连。
2. 根据权利要求1所述的自落浮动式钢水测温、测氧、测碳复合探头，其特征是测温组 件包括位于第一高温填料(15)中的塑料支架(4)，与塑料支架(4)相连的第一石英管(3)， 以及依次穿过塑料支架(4)的孔中固定的测温补偿导线正极(5)、测温补偿导线负极(6)， 该两导线的端头分别与测温热电偶(2)两端头焊接，测温热电偶(2)由树脂砂固化在第一 石英管(3)内，并用高温填料封装在第一钢管(1)的头部。
3. 根据权利要求2所述的自落浮动式钢水测温、测氧、测碳复合探头，其特征在于所 述测温热电偶(2)、第一石英管(3)中的热电偶丝和石英管管体均经过了耐高温处理。
4. 根据权利要求1所述的自落浮动式钢水测温、测氧、测碳复合探头，其特征是测氧组 件中的氧化锆电池(14)位于第一高温填料(15)中，其负电极引线焊接在测氧导线负极(17) 的端头上，正电极引线焊在第一钢管(1)的尾部。
5. 根据权利要求l所述的自落浮动式钢水测温、测氧、测碳复合探头，其特征是测碳组 件包括位于第二高温填料(19)中的塑料支座(20)，与塑料支座(20)相连的第二石英管(8)， 以及依次穿过塑料支座(20)的孔中固定的测碳补偿导线正极(7)、测碳补偿导线负极(18)， 该两导线的端头分别与测碳热电偶(21)的两端头焊接，测碳热电偶(21)由树脂砂固化在 第二石英管(8)内，并用高温填料封装，第二石英管(8)位于钢水结晶碳室(22)中。
6. 根据权利要求5所述的自落浮动式钢水测温、测氧、测碳复合探头，其特征在于所 述第二石英管(8)和测碳热电偶(21)中的热电偶丝和石英管管体均经过了耐高温处理。
7. 根据权利要求1所述的自落浮动式钢水测温、测氧、测碳复合探头，其特征在于金属保护管(16)的外面涂敷有一层Al302耐高温层，Al302耐高温层的外面还有封装热縮膜。
8. 根据权利要求1所述的自落浮动式钢水测温、测氧、测碳复合探头，其特征在于第二 钢管(12)上焊接了一个填充木质或其它悬浮物的浮室(11)。
专利摘要本实用新型提供了一种自落浮动式钢水测温、测氧、测碳复合探头，其结构是包括测温、测氧、测碳三个组件，它们均装在第一钢管(1)内，该钢管也为测氧正极，并且其管体头部装有纸帽(13)，管体其余处外层装有防火纸管(10)和金属保护管(16)；一个锥形钢水进入孔(9)依次穿过金属保护管(16)、防火纸管(10)与第一钢管(1)中的钢水结晶碳室(22)连通；一个浮室(11)焊接在第二钢管(12)上，该钢管头端与第一钢管(1)尾端相连。本复合探头体积较小、信号采集稳定可靠、测量时间短、准确度高。
文档编号G01K7/02GK201145618SQ200720087840
公开日2008年11月5日 申请日期2007年10月30日 优先权日2007年10月30日
发明者付登喜, 朗 秦, 黄永进 申请人:黄永进;付登喜